基于Zigbee的无线温湿度计.docx

基于Zigbee的无线温湿度计控制杂志第5期导语：本文基于ZigBee技术及组网方式，结合国内目前已有的传感器技术，提出了用于温湿度传感器监测的无线传感器网络系统方案。系统由传感器、处理器及监测平台组成。摘要：本文基于ZigBee技术及组网方式，结合国内目前已有的传感器技术，提出了用于温湿度监测的无线传感器网络系统方案。系统由传感器、处理器及监测平台组成。传感器收集网络收集温湿度变量信息，通过ZigBee技术并送到上位机软件显示，分析和存储。1前言随着无线传感器技术的发展，以及对于环境检测要求的提高，越来越多的工程技术人员致力于无线传感器网络技术在环境监测系统中的应用研究。通过在目的区域内设置传感器，采用无线通信方式进行组网，实现目的区域的网络覆盖，感悟对象的信息收集，信息量化、信息处理融合以及传输。基于无线传感器网络的温湿度监测系统适用于煤矿、油田，电力等工业场所安全监测、居家、办公及商场的民用监测。利用无线传感器网络实现温湿度监测的具有下面特点：1无人少人环境、恶劣环境或超远距离的信息收集和传送，保证系统工业级品质安全可靠。2大范围的通信覆盖，设备较多，仅用于监控。3运维费用低，节省敷设电缆费用，可临时性安装，易于扩展。4具有数据处理能力，大量数据存储于后台或远程数据库，并进行数据分析。本文采用ZigBee芯片CC2530为控制核心，实时进行环境内温度，湿度参数监测。并将实测值与目的值进行比照，若实测值超过目的阈值，则发出报警。系统由无线温、湿度传感器和ZigBee无线网关组成。无线温、湿度传感器在目的区域，执行温度和湿度数据收集、预处理和发送等工作。2硬件系统设计本设计采用了温湿度传感器作为无线网络的传感器节点。在网络协调器(即中心节点)的无线覆盖范围之内，布置若干个路由节点和终端节点，实现网络管理和相互通信。根据系统的需要，温湿度传感器节点功能如下：1对传感器的信号进行收集和处理。2对收集到的数据进行发送或转发。3通讯功能。无线温湿度传感器网络的节点由下面部分组成：温湿度传感器模块、微处理器模块、无线通信模块和电源模块。1微处理器和无线通信模块采用CC2530。2传感器模块采用DHT11，3采用电池供电。系统网络构造如图1所示。2.1处理器模块处理器模块控制整个节点的数据处理操作、路由协议、功耗管理、任务管理等。无线通信模块的功能包括：与其他节点进行无线通信，交换控制消息和收发数据。数据收集模块进行监测区域内信息的收集和传送。电源模块对单元节点的供电形式进行管理。数据收集模块的设计主要包括传感器的选择以及与微处理器的连接电路。本次设计主要收集大气的温度，湿度。2.2温湿度传感器DHT11数字温湿湿度传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。响应速度快、抗干扰能力强、性价比高等特点。DHT11数字温湿湿度传感器采用单线制串行接口，系统集成方便、体积小、功耗低，传输距离可达20米以上。DHT11与微处理器接口电路如图2所示。DHT11数字温湿度传感器一次完好的数据传输为40bit，高位先出。数据格式：8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bit温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit数据校验。3软件系统设计节点软件设计包括软件平台安装、编程、生成可执行文件、可执行文件写入和软件调试等几个步骤，详细流程图如图3所示。节点软件系统分为主程序模块、初始化程序模块、网络建立及通信模块、数据收集及转换模块。通信模块包括数据接收模块、数据处理模块、数据发送模块等。主程序模块调用其它模块，完成系统总体功能；初始化程序模块用来进行RAM初始化、内部各种寄存器的设置，通讯形式的设置以及开中断；通信模块用来建立网络并建立节点间联络，协调器给其他网络设备分配网络地址，建立绑定关系等；数据收集及转换模块用来收集并处理模数转换后的传感器数据；数据处理模块用来接收并分析收到的信息，并对数据进行分析判定，或进行转换合并；数据发送模块是将信息打包后进行发送到其他节点和监控主机。4传感器数据收集软件设计温湿度传感器对信号进行AD转换，数字滤波，线性化处理及显示。传感器在不通电存放一段时间后，再次通电时，传感器不能立即正常收集信息，需要一段时间预热。程序初始化结束后，系统进入监控状态。温湿度传感器收集信号的流程图如图4所示。通过CC2530IO口模拟DHT11的读取时序，读取DHT11的温湿度数据，通过编程实现温湿度值的收集，读取到温湿度之后通过串口打印出来，下面是源码实现的解析经过：主函数中主要实现了下面步骤：1初始化系统时钟xtal_init()：选用32MHz晶体振荡器。2初始化LEDled_init()：设置P1.0和P1.1为普通I/O口，设置P1方向为输出，然后关闭D6、D7灯。3初始化温湿度传感器dht11_io_init()：配置P1.5I/O口。4初始化串口uart0_init()：配置I/O口、设置波特率、奇偶校验位和停止位。5在主函数中使用while(1)每隔1s更新温湿度的值并让D7灯闪烁。上电CC2530节点板，然后按下连接好的CC2530仿真器的复位按键；接下来点击IAR菜单Project-Downloadanddebug，将程序下载程序到CC2530射频板上。在PC上打开超级终端或串口调试助手，设置波特率为19200，8数据位，1停止位，无硬件流控。将CC2530射频板上电并复位，运行刚刚下载的程序。从PC机串口中能够读出当时场所的温度、湿度实验数据。5Web应用程序演示根据实际s210系列实验箱以及硬件平台修改代码中传感器节点的IEEE地址、智云服务器地址和智云ID/KEY。设置电脑接入到互联网或者与智云网关设备在同一个局域网内。用谷歌阅读器运行：TempHumiDemo-WebTempHumiDemo.，进入远程数字温度计模块界面，在主界面右上角显示数据服务连接成功！消息后即表示链接到智云服务中心，在界面能够看到温湿度的显示，如图5所示。6结束语本位以温湿度这种典型的物联网传感器为核心器件，通过硬件和软件的设计组装，实现智能数字温湿度计的设计。该无线温湿度传感器定时收集环境温湿度数值并主动上传，通过对空气温湿度传感器的收集监控，实时将温湿度信息推送到Android移动客户端，实现随时随地远程获取家居温湿度等环境信息的功能。